Как сохранить работоспособность Lithium-ion АКБ — простые правила
Не хотите преждевременно распрощаться с вашей драгоценной батарейкой? Соблюдайте приведённые ниже правила:
1. Заряжайте накопитель энергии не доводя его до критического разряда, при плюсовой температуре.
2. Не заряжайте переохлаждённые АКБ — сначала прогрейте их до комнатной температуры.
3. Для зарядки батарей используйте только оригинальную зарядную аппаратуру, которую рекомендует производитель для своей продукции.
4. Не храните накопитель при отрицательных температурах. Однако не нужно думать, что высокая температура идёт на пользу изделию. Превысите +30 градусов — также будут проблемы.
5. Если источник энергии предполагается оставлять на долгосрочное хранение, обеспечьте ему 35-50% заряда.
6. Не храните продолжительное время глубоко разряженные электроаккумуляторы. В этой ситуации они будут деградировать в ускоренном режиме.
7. Не допускайте перезарядки батареи. Если вы зарядите батарейку на 100% при минусе, а затем обеспечите ей комнатную температуру — перезаряда не избежать.
Что не допускается делать при хранении
Если хранение осуществляется в мастерской, то необходимо защитить элементы питания от возможного физического воздействия. Если на аккумулятор случайно упадёт инструмент, то при разгерметизации литиевые батареи могут загореться, а кадмиевые стать источником серьёзного загрязнения.
В течение всего периода консервации, а также сразу после прекращения хранения батарей не следует подключать к ним потребителей электроэнергии. Даже если батарея не полностью разрядилась за это время, то всё равно рекомендуется полностью её зарядить перед использованием.
Если в нарушении требований аккумулятор подвергался низкотемпературному воздействию, то правильно вывести его из состояния длительного неиспользования можно подключив зарядное устройство не ранее чем после 12-часового «оттаивания».
Как определить какой у вас аккумулятор
Определить принадлежность аккумулятора к той или иной технологии не составит труда. При наличии на батарее буквенных обозначений можно точно определить тип источника электроэнергии. Если никаких указателей нет, но батарейка очень мало весит, то, скорее всего, такое изделие изготовлено по литиевой технологии.
Если батарейка имеет значительный вес и при её эксплуатации явно заметно наличие эффекта памяти, то можно предположить, что элемент относится к группе никель-кадмиевых изделий.
Никель-металлогидридные лишены подобных недостатков и не содержат опасных для окружающей среды тяжелых металлов, поэтому такая батарейка будет иметь средний вес и большой ресурс работы.
Области применения [ править | править код ]
Малогабаритные никель-кадмиевые аккумуляторы используются в различной аппаратуре как замена стандартного гальванического элемента, особенно если аппаратура потребляет большой ток. Так как внутреннее сопротивление никель-кадмиевого аккумулятора на один-два порядка ниже, чем у обычных марганцево-цинковых и марганцево-воздушных батарей, мощность выдаётся стабильнее и без перегрева.
Никель-кадмиевые аккумуляторы применяются на электрокарах (как тяговые), трамваях и троллейбусах (для питания цепей управления), речных и морских судах. Широко применяются в авиации в качестве бортовых аккумуляторных батарей самолётов и вертолётов. Используются как источники питания для автономных шуруповёртов/винтовёртов и дрелей, однако здесь намечается тенденция к вытеснению их высокотоковыми батареями различных литиевых систем.
Несмотря на развитие других электрохимических систем и ужесточение экологических требований, никель-кадмиевые аккумуляторы остаются основным выбором для высоконадёжных устройств, потребляющих большую мощность, например фонарей для дайвинга.
Длительный срок хранения, относительная нетребовательность к постоянному уходу и контролю, способность стабильно работать на морозе до -40 °C и отсутствие возможности возгорания при разгерметизации в сравнении с литиевыми, малый удельный вес в сравнении со свинцовыми и дешевизна в сравнении с серебряно-цинковыми, меньшее внутренне сопротивление, большая надёжность и морозостойкость в сравнении с NiMH обуславливают по-прежнему широкое применение никель-кадмиевых аккумуляторов в военной технике, авиации и портативной радиосвязи.
Дисковые никель-кадмиевые аккумуляторы
Никель-кадмиевые аккумуляторы выпускаются также в герметичном «таблеточном» конструктиве, наподобие батареек для часов. Электроды в таком аккумуляторе — две прессованные тонкие таблетки из активной массы, сложенные в пакет с сепаратором и плоской пружиной и завальцованные в никелированный стальной корпус диаметром с монету. Используются для питания различных, в основном маломощных, нагрузок (током C/10-C/5). Допускают только небольшие зарядные токи, не более С/10, так как внутри корпуса должна успевать происходить рекомбинация выделяющихся газов. Благодаря замкнутой конструкции допускают длительный перезаряд с непрерывной рекомбинацией и выделением избыточной энергии в виде тепла. Напряжение такого аккумулятора ниже, чем у негерметичного, и мало изменяется в процессе разряда вследствие избытка активной массы катода, создаваемого с целью ускорения рекомбинации кислорода.
Дисковые аккумуляторы (как правило, в батареях по 3 шт. в общей оболочке, типоразмера аналогичного советскому Д-0,06) широко применялись в персональных компьютерах выпуска 1980–90 годов, в частности PC-286/386 и ранних 486, для питания энергонезависимой памяти настроек (CMOS NVRAM) и часов реального времени при отключенном сетевом питании. Срок службы аккумуляторов в таком режиме составлял несколько лет, после чего батарея, в большинстве случаев — впаянная в материнскую плату, подлежала замене. С развитием CMOS-технологии и уменьшением потребляемой мощности NVRAM и RTC аккумуляторы были вытеснены одноразовыми литиевыми элементами ёмкостью порядка 200 мА·ч (CR2032 и др.), устанавливаемыми в гнёзда-защёлки и легко заменяемыми пользователем, с аналогичным сроком непрерывной работы.
В СССР дисковые аккумуляторы были практически единственными доступными в широкой продаже аккумуляторами (кроме автомобильных и, позднее, NiCd размера AA на 450 мА·ч). Помимо отдельных элементов, предлагалась 9-вольтовая батарея из семи аккумуляторов Д-0,1 с разъёмом, аналогичным «Кроне», которая, однако, входила в отсек питания не у всех радиоприёмников, для которых предназначалась. Поставлялись только простейшие зарядные устройства с током С/10, заряжавшие аккумулятор или батарею примерно за 14 часов (время контролировалось пользователем).
| Название аккумулятора | Диаметр, мм | Высота, мм | Напряжение, В | Ёмкость, А*ч | Рекомендуемый ток разряда, мА | Применение |
| Д-0,03 | 11,6 | 5,5 | 1,2 | 0,03 | 3 | фотоаппараты, слуховые аппараты |
| Д-0,06 | 15,6 | 6,4 | 1,2 | 0,06 | 12 | фотоаппараты, фотоэкспонометры, слуховые аппараты, дозиметры |
| Д-0,125 | 20 | 6,6 | 1,2 | 0,125 | 12,5 | аккумуляторные электрические фонарики [ уточнить ] , миниатюрные радиоприёмники |
| Д-0,26 | 25,2 | 9,3 | 1,2 | 0,26 | 26 | аккумуляторные электрические фонарики, фотовспышки, калькуляторы (Б3-36) |
| Д-0,55 | 34,6 | 9,8 | 1,2 | 0,55 | 55 | прицел ночного видения 1ПН58 (блок из пяти Д-0.55С), фотовспышки, аккумуляторные электрические фонарики, калькуляторы (Б3-34) |
| 7Д-0,125 | 8,4 | 0,125 | 12,5 | замена батарее Крона |
Как заряжать аккумулятор, правила
Литий-ионные аккумуляторы похожи на людей тем, что они не ведут себя одинаково и работают лучше всего при температурах, которые не являются ни слишком жаркими, ни холодными.
Эти батареи работают лучше при высоких температурах, чем при низких, так как тепло снижает внутреннее сопротивление и ускоряет химическую реакцию внутри батареи. Побочным эффектом этого процесса является то, что он создает нагрузку на батарею, что может привести к сокращению срока службы в жарких условиях в течение продолжительных периодов.
С другой стороны, низкие температуры увеличивают внутреннее сопротивление, что увеличивает нагрузку на аккумулятор и сокращает его емкость. Батареи, которые обеспечивают 100% -ную емкость при 27 ° C, обычно уменьшаются на 50% при -18 ° C и так далее.
Li ion аккумуляторы как правильно заряжать?
Не разряжать полностью
Несоблюдение этих советов и инструкций может привести к повреждению аккумулятора до такой степени, что он станет непригодным для использования. Вы также можете поставить под угрозу свою безопасность и безопасность других людей, если батарея не используется должным образом. В сочетании с несовпадающим зарядным устройством может произойти перегрев или перезарядка, и существует риск возгорания.
Полная разрядка производится не чаще раза в 3 месяца
Как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы?
Зарядка ионно-литиевых батарей очень отличается от зарядки никель-кадмиевых или никель-металлогидридных батарей.
Различия заключаются в том, что литий-ионные аккумуляторы имеют более высокое напряжение на элемент. Они также требуют гораздо более жестких допусков на напряжение при обнаружении полной зарядки, а после полной зарядки они не допускают или требуют подзарядки
Особенно важно иметь возможность точно определять состояние полной зарядки, поскольку литий-ионные аккумуляторы не допускают перезарядки
Хранение с небольшим зарядом
Большинство литий-ионных аккумуляторов, ориентированных на потребителя, заряжаются до напряжения 4,2 В на элемент, и это допускает отклонение около ± 50 мВ на элемент. Зарядка сверх этого вызывает напряжение в элементе и приводит к окислению, что сокращает срок службы и производительность. Это также может вызвать проблемы с безопасностью.
Заряжать только оригинальной зарядкой
Зарядку литий-ионных аккумуляторов можно разделить на два основных этапа:
- Заряд постоянного тока: на первой стадии зарядки литий-ионного аккумулятора или элемента тока заряда контролируется. Как правило, это составляет от 0,5 до 1,0 С. (Примечание: для батареи емкостью 2000 мАч скорость зарядки будет равна 2000 мА для скорости зарядки С). Для потребительских элементов LCO и батарей рекомендуется скорость зарядки не более 0,8 ° C.На этом этапе напряжение на ионно-литиевом элементе увеличивается для заряда постоянного тока. Время зарядки может быть около часа для этой стадии.
- Заряд насыщения: Через некоторое время напряжение достигает пика в 4,2 В для элемента LCO. В этот момент элемент или батарея должны войти во вторую стадию зарядки, известную как заряд насыщения. Поддерживается постоянное напряжение 4,2 В, и ток будет постоянно падать. Конец цикла зарядки достигается, когда ток падает примерно до 10% от номинального тока. Время зарядки может быть около двух часов для этой стадии в зависимости от типа элемента и производителя и т. Д.
Эффективность заряда, то есть величина заряда, удерживаемого батареей или элементом, относительно количества заряда, поступающего в элемент, является высокой. Эффективность зарядки составляет от 95 до 99%. Это отражает относительно низкие уровни повышения температуры клеток.
Не перегревать аккумулятор при зарядке
Есть моменты, когда вы не можете использовать аккумулятор в течение длительного периода времени. Вот советы по поддержанию максимальной емкости батареи для длительного хранения.
Как определить, что литий-ионный аккумулятор испорчен и что делать в таком случае
Существуют симптомы, свидетельствующие о полном износе АКБ:
- Корпус оказался заметно вздутым.
- На контактах появились признаки коррозии.
- Заряд во время работы устройства резко падает на большие значения.
- Аккумулятор разрядился до нуля и больше не заряжается.
Проблемы появляются сразу после полного разряда: аккумулятор больше не заряжается, восстановление батареи невозможно. Такая ситуация возникает, когда оборудование (телефон, электроинструмент, электротранспорт) долго находилось без дела при разряженном аккумуляторе или на морозе. Чтобы этого не допустить необходимо применять дополнительные устройства: схемы защиты от переразряда, индикаторы пониженного заряда и специальные зарядные устройства, ограничивающие заряд.
Если нет возможности заменить испорченный элемент, существуют способы его временно реанимировать. Однако все они не гарантируют 100%-ного положительного результата и используются в крайнем случае.
Способы восстановления аккумуляторов:
«Раскачка». Необходимо полностью зарядить устройство, затем с помощью максимальной нагрузки разрядить его до минимума. Повторить процедуру 3-4 раза.
С помощью холода. Можно попробовать оживить батарею после полного разряжения, поместив ее на полчаса в морозилку, предварительно упаковав в полиэтиленовый пакет. Затем сразу вставить в оборудование, подключить на минуту зарядное устройство и дождаться нагревания до комнатной температуры.
Удалить газ
Если вследствие образования газов, произошло вздутие корпуса, для их удаления осторожно вскрывают верхнюю часть блока. Колпачок прокалывают, батарею прижимают прессом, добиваясь выхода газов
Затем отверстие заклеивают эпоксидкой
С помощью специального прибора, например Turnigy Accucell по прилагаемой инструкции.
Влияние холода на Lithium-ion электронакопители разных производителей и моделей (результаты одного теста)
Я предлагаю вам интересный эксперимент, который показывает, что литий-ионные источники питания весьма разнятся по последствиям воздействия на них низких температур. Даже если батареи имеют схожие характеристики, при морозе их работоспособность будет отличаться в значительной степени.
Для тестирования были выбраны семь Li-ion накопителей энергии формата 18650:
- Samsung 30Q (Яндекс.Маркет или AliexPress);
- Samsung 25R (Яндекс.Маркет или AliexPress);
- LG HE2 (Яндекс.Маркет или AliexPress);
- LG HE;
- LG HG2 (Яндекс.Маркет или AliexPress);
- Sony VTC5 (Яндекс.Маркет или AliexPress);
- Sanyo NSX (AliexPress).
Приведённые выше модели АКБ являются наиболее распространёнными и доступными. Они могут выдерживать постоянный ток разряда до 20 A. Эти батареи можно обнаружить на электрифицированных средствах передвижения, в аккумуляторном инструменте, портативных источниках энергии, а также электронных сигаретах.
Тесты осуществлялись при температуре -24 градуса. Ток разряда — 10 A. В процессе тестирования элементы не извлекались из морозилки.
Результаты замеров
Все источники энергии проявили активность, однако с очень разными результатами.
Ниже приведён график разряда накопителей при комнатной температуре и при температуре -24 градуса:
При увеличении графика можно наблюдать, что накопители отличаются по своему поведению в значительной степени. У Samsung 30Q напряжение опустилось до критических показателей, а кривая LG HG2 пребывает в штатном диапазоне напряжений.
Разряд литий-ионных батарей при температуре -24 градуса:
Что мы можем наблюдать на данном графике? Ничего хорошего для Samsung 30Q. Напряжение батарейки просело до минимально дозволенного, а из этого следует, что девайс на котором установлены элементы Samsung 30Q, в сильный мороз с большой вероятностью не запустится.
Разряд Samsung 30Q при температуре -24 градуса:
Как изменяется напряжение источников энергии на морозе
Батарейки целые сутки находились в морозилке при температуре -24 градуса. При замерах, изделия из места заморозки не извлекались.
Номинальное напряжение накопителей — 3,6 V, предел рабочих напряжений — 2,5-4,2 V. Как правило, электроника адекватно функционирует в пределе напряжений 2,7-4,2 V. Осветительные приборы и другие не слишком требовательные девайсы могут выполнять свои прямые обязанности и в более широком диапазоне — 2,5-4,35 V.
Результаты замеров:
- Samsung 30Q — 2,68 V;
- Samsung 25R — 2,78 V;
- Sony VTC5 — 2,6 V;
- LG HE2 — 2,89 V;
- LG HE4 — 2,82 V;
- LG HG2 — 3,16 V;
- Sanyo NSX — 2,67 V.
Как видим, напряжение на всех АКБ превышает напряжение разряда. У LG HG2 оно приближено к номинальному. У Samsung 25R, LG HE2 и LG HE4 — скромнее номинального, но в то же время, его хватает для запуска большинства гаджетов. А вот и неудачники: Samsung 30Q, Sony, а также Sanyo — у них напряжение приближено к нижней черте диапазона. Весьма вероятно, что гаджет обслуживаемый данными элементами не заработает, а индикатор уровня заряда продемонстрирует полный разряд батареи.
Влияние мороза на время функционирования АКБ
График демонстрирует, что продолжительность функционирования батарейки LG HG2 при минусе и при домашней температуре — идентичная:
Делаем выводы по эксперименту
1. Литий-ионные источники энергии весьма разнятся между собой. Вроде бы и характеристики у них одинаковые, а вот на морозе они показывают себя по-разному.
2. Снижение эффективности функционирования при минусовых температурах — это не «заслуга» самой литий-ионной технологии. Здесь имеет место специфика отдельно взятой модели электронакопителя.
3. Для минусовой температуры вполне удачным вариантом будут электробатареи LG HG2.
4. На переохлаждённых источниках питания напряжение растёт первые 50-100 секунд. Почему так происходит? Тут всё просто: разряжаясь АКБ производят тепло и таким образом создают себе обогрев. Кроме того, батареи могут получать дополнительное тепло от электронных схем, находящихся в едином корпусе с ними.
5. Не нужно сразу выжимать из промёрзшего электронакопителя полную мощность. Выгоднее будет дать ему повысить температуру на средней мощности.
Памятка по хранению и обслуживанию литий-ионных аккумуляторов (Li-ion)
Памятка по хранению и обслуживанию литий-ионных аккумуляторов (Li-ion)
Внимание: если вы приобрели себе электротранспортное средство, то очень важно правильно обслуживать и хранить аккумулятор. На поленитесь ознакомиться с данными правилами для аккумуляторных Li-ion батарей
Хранение:
Рекомендуемая температура хранения для большинства батарей 0°C -20°C; экстремальная допустимая температура -40°C к 50°C в крайних диапазонах вызывающая большие необратимые потери емкости. Аккумуляторы, изготовленные из литиевых элементов должны храниться в состоянии как минимум 40-процентного заряда. Это минимизирует деградацию анода и катода, сохраняет батарею готовой к эксплуатации при этом оставляя возможность для саморазряда.
Пример:
o Литий-ионный аккумулятор номинального напряжения 36 Вольт необходимо зарядить до 38 Вольт, в то время как заряженный он должен выдавать 42 Вольта.
o 48 Вольт – надо зарядить до 49,5 Вольт, заряженный должен выдавать 54,6 Вольт.
o Обратите внимание, что 40% состояние заряда используется для хранения, а 30% используется для транспортировки
- Чем ближе температура хранения к 0 градусов, тем меньше необратимые потери емкости.
- Хранить аккумуляторные батареи необходимо отключенными от потребителей в сухом и прохладном месте.
- Необходимо поддерживать состояние заряда на заданном уровне, периодически проверяя его. Проверка и фиксация напряжения должна выполняться не реже чем раз в 2 месяца.
- Если за 2 месяца напряжения опустилось на 3 Вольта для 36 Вольтовой АКБ и ниже (т.е. на 0,3 Вольта на ячейку), необходимо проводить проверку 1 раз в месяц. Если тенденция к падению напряжения продолжилась, передать аккумулятор в сервисный центр.
Контроллер аккумулятора:
- Работа аккумулятора регулируется специальным контроллером — БМС, который монтируется при производстве внутри корпуса аккумулятора.
- БМС (BMS-Battery Management System) предназначен для текущего контроля разряда и заряда аккумулятора и балансировки элементов между собой. В процессе разряда и заряда контроллер БМС может нагреваться в разумных пределах (30-45 С).
- БМС защищает аккумулятор от перезаряда и переразряда.
Предупреждения:
Обращайтесь с аккумулятором осторожно, избегайте сильной вибрации и ударов, попадания внутрь жидкости.
Не замыкайте положительный и отрицательный полюса как на силовых, так и на зарядных проводах, чтобы не сделать короткое замыкание аккумулятора и не вывести из строя зарядный или разрядный блоки контроллера БМС. Данный случай не является гарантийным.
Не повредите элементы, поскольку это может привести к короткому замыканию и потере емкости
Кроме того, электролит в элементах может навредить здоровью человека.
Не оставляйте аккумулятор на солнце или вблизи нагревательных приборов, хранение при высоких температурах приводит к потере элементами емкости.
Если аккумулятор поврежден, деформирован, протекает или чрезмерный нагрев во время работы, прекратите его использование немедленно. Обратитесь за консультацией к продавцу или производителю. Держите аккумулятор на негорючем материале до передачи в сервисный центр.
Зарядка:
- В процессе эксплуатации, если подача напряжения с аккумулятора прекратилась, значит он разряжен. Для его зарядки сначала подключите зарядное устройство (ЗУ) к розетке 220в, затем подключите АКБ к ЗУ (не наоборот!).
- После окончания зарядки возможен этап балансировки. При балансировке происходит включение – выключение ЗУ, необходимо оставить АКБ и ЗУ еще на некоторое время, затем отсоединить ЗУ от аккумулятора. Не оставляйте заряжаться АКБ без присмотра на долгое время.
Как продлить срок службы аккумулятора?
- Элемент (аккумулятора) является независимой единицей, которая содержит полный очаг химической реакции внутри. Для начала использования необходимо убедиться, что элементы/аккумулятор эксплуатируется при определенных условиях, о чем написано в технических характеристиках. Для литиевых аккумуляторов предлагается эксплуатация только в диапазоне рабочей температуры (LiFePO4 от -30 до +45). Если АКБ заряжать на 95-97% и разряжать до 5-10% остаточной емкости, жизненные циклы (количество циклов «зарядразряд») аккумулятора могут быть значительно продлены.
- Зарядка малым током также может продлить срок эксплуатации аккумулятора.
- Хранение при температуре 0-5 С также способствует сохранению емкости и увеличению срока службы АКБ
Гравитация и другие необычные решения
Шотландский стартап Gravitricity в 2021 году объявил о начале пилотного проекта гравитационного накопителя энергии в Эдинбурге, крупнейшем закрытом глубоководном порту.
Демонстрационный образец накопителя энергии Gravitricity мощностью 250 кВт
(Фото: gravitricity.com)
Будущие системы Gravitricity будут устанавливаться над 150-1500-метровыми заброшенными шахтами. Масса грузов при этом может варьироваться от 500 т до 5 тыс. т. При спуске груза будет происходить выработка электроэнергии. Она будет возвращаться в сеть в моменты пикового потребления. Приводом лебедки груза будет служить электрическая машина, способная поглощать или вырабатывать электрическую энергию при подъеме или опускании груза. Такая система позволит обеспечить 4 МВт мощности и может проработать 50 лет без потери производительности. Gravitricity собирается внедрять свою технологию в вышедших из эксплуатации шахтах по всему миру.
А ученые Массачусетского технологического института разработали батарею, которая будет питаться углекислым газом из любого источника. Она может поглощать потоки как из выхлопной трубы автомобиля, так и собирать углекислый газ из атмосферы.
Батарея состоит из ряда последовательных камер, в которых находятся электрохимические ячейки, пропускающие поток. Когда она заряжается, на поверхности электродов протекает электрохимическая реакция, а затем батарее требуется разрядка для очистки электродов. Чистый газ при этом откачивается в отдельную камеру.
Cистема может выдерживать не менее 7 тыс. циклов зарядки-разрядки с 30% потерей эффективности за это время. В будущем этот показатель может вырасти до 20–50 тыс. циклов.
Демонстрация работы батареи на углекислом газе
Между тем исследовательская группа из Национального университета Сингапура (NUS) и японского Университета Тохоку (TU) разработала технологию, которая с помощью крошечных интеллектуальных устройств позволит преобразовывать беспроводные радиочастоты в энергию. Таким образом, в будущем микроэлектронику можно будет запитывать с помощью сигналов Wi-Fi.
